[发明专利]一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机

说明书

本发明提供了一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其中：测试单元中的下试样由驱动单元提供动力能够绕中轴线做回转运动；测试单元中的上试样由上悬臂梁单元悬吊于下试样上方，自身水平度及相对下试样的位置通过位置调节单元可调，下端面与下试样的上端面在加载单元施加的加载力作用下，以及在上悬臂梁单元的一对大间距悬臂梁板簧结构作用下能够随动接触，形成一对摩擦副；加载力通过调节螺杆与调节砝码可精调；测试单元由加载力传感器测量加载单元所施加的加载力大小，由摩擦力传感器测量一对摩擦副之间的摩擦力大小。本发明能够实现稳定加载，保证摩擦界面的稳定，并可实现对加载力的精密调整，以及对摩擦界面倾斜度的调节。

技术领域

本发明涉及一种试验设备，更具体地说是一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机。

背景技术

摩擦学主要研究两个有相互运动的面上的摩擦、磨损与润滑现象。作为摩擦学研究的重要方式之一，试验研究需要高精度、功能全面的试验机作为支撑。摩擦学性能测试试验机按照摩擦副接触和运动的形式，可以分为往复式、销盘式、端面接触式、环块式及四球式等等，对于诸如销盘式等一些传统的摩擦磨损试验机来说，在其加载结构设计中，一般采用杠杆重物的加载方式，这种方式天然存在诸多缺点，主要是因为1)杠杆支点自身处的摩擦不可忽视；2)杠杆结构在摩擦转矩的作用下会引起摩擦界面的倾覆，这些因素均会造成摩擦界面的不稳定，进而导致加载的不稳定。此外，在摩擦界面倾斜度调整方面，不具备精密的调整功能，同时，对于加载力的可调性而言，传统的试验机存在加载力调整精度不高的问题。

另一方面，摩擦学基础理论的研究始终面临着摩擦界面由于被夹在两个面之间而难以直接测量的问题，只能通过对实验结束磨损后的材料表面进行相应的表征进行评估，因此，随着对摩擦学理论研究的深入，摩擦学实验手段需要更加完善，这就要求摩擦学需更多的利用原位测量方法，对摩擦表面形貌等参数的动态变化进行跟踪，实现多尺度下材料摩擦学特性研。然而，很少见到有摩擦磨损试验机可以做到对高速摩擦界面的原位观测。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，以期实现稳定加载，保证摩擦界面的稳定，确保测量的准确性，并可实现对加载力的精密调整，以及对摩擦界面倾斜度的调节。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其结构特点是：

设置测试单元，所述测试单元中的下试样水平设置、由下支撑单元支撑并构成同步回转构件，由驱动单元提供动力，使所述下试样能够绕中轴线做回转运动；所述测试单元中的上试样由上悬臂梁单元悬吊于下试样上方，自身水平度及相对下试样的位置通过位置调节单元可调，下端面与所述下试样的上端面在加载单元施加的加载力作用下相接触，形成一对摩擦副；所述测试单元是通过加载力传感器测量加载单元所施加的加载力大小，通过摩擦力传感器测量一对摩擦副之间的摩擦力大小；

所述上悬臂梁单元中，一对大间距悬臂梁板簧结构呈水平对称设置，第二悬臂梁于后端固装在一对大间距悬臂梁板簧结构之间，于前端悬吊所述上试样，所述一对大间距悬臂梁板簧结构通过板簧具有向下的挠度，带动第二悬臂梁于试验中使所述上试样能够向下移动，实现上下试样的随动接触；

所述加载单元包括，设置在所述第二悬臂梁前侧上端的竖向码放有多个砝码的砝码盘，用于提供加载力，以及设置在第二悬臂梁后侧上端、顺着第二悬臂梁向后悬伸、尾端螺纹套设有调节砝码的调节螺杆，以所述调节砝码在调节螺杆上前后位置的调节形成对加载力的精调。

本发明的结构特点也在于：

所述下试样为透明玻璃材质，按照一对摩擦副所在位置、位于所述下试样的下方对应设置光学原位观测单元，所述光学原位观测单元中，光学显微镜连接CCD，由第二Z轴位移平台通过显微镜夹具夹持，以观测端朝上正对所述下试样，与所述下试样间的竖向间距通过第二Z轴位移平台可调。